Yorug‘lik — elektromagnit nurlanish, uni inson ko‘zi qabul qiladi. Yorug‘lik egallaydigan spektral diapazonning qisqa to‘lqinli chegarasi sifatida to‘lqin uzunliklari vakuumda 380−400 nm (750−790 TGts), uzun to‘lqinli chegarasi sifatida esa 760−780 nm (385−395 TGts) oralig‘i qabul qilingan.

Keng ma’noda, xususan, fizik optikada yorug‘lik deb har qanday optik nurlanish, ya’ni to‘lqin uzunligi taxminan bir necha nanometrdan millimetrning o‘ndan bir ulushlarigacha bo‘lgan diapazondagi elektromagnit nurlanish tushuniladi. Bunday talqinda «yorug‘lik» tushunchasi ko‘rinadigan nurlanishdan tashqari infraqizil va ultrabinafsha nurlanishlarni ham qamrab oladi.

Yorug‘likni o‘rganadigan fizika bo‘limi optika deb ataladi.

Bundan tashqari, ayniqsa nazariy fizikada, yorug‘lik atamasi ba’zan elektromagnit nurlanish atamasining sinonimi sifatida, uning chastotasidan qat’i nazar, ishlatiladi. Bu, xususan, nurlanish turini aniq ko‘rsatish shart bo‘lmaganda va qisqaroq atama ishlatish maqsadga muvofiq bo‘lganda uchraydi.

Yorug‘likni ikki xil ko‘rinishda tasavvur qilish mumkin: elektromagnit to‘lqin, uning tarqalish tezligi vakuumda o‘zgarmas bo‘lgan to‘lqin sifatida yoki fotonlar oqimi — muayyan energiyaga, impulsga, xususiy impuls momentiga ega hamda nolga teng massali zarrachalar (ilgari aytilganidek, nolga teng tinchlik massasiga ega fotonlar).

Inson ongli ko‘rish sezgisi orqali idrok etadigan yorug‘likning subyektiv xususiyatlaridan biri — uning rangi. Monoxromatik nurlanish uchun rang asosan yorug‘likning chastotasi bilan, murakkab nurlanish uchun esa uning spektral tarkibi bilan belgilanadi.

Yorug‘lik modda bo‘lmagan sharoitda ham, ya’ni vakuumda tarqala oladi. Biroq moddaning mavjudligi yorug‘likning tarqalish tezligiga ta’sir qiladi.

Yorug‘lik tezligi vakuumda 299 792 458 m/s ga teng (aniq qiymat).

Ikki muhit chegarasida yorug‘lik sinishga va/yoki qaytishga uchraydi. Muhitda tarqalayotganda esa yorug‘lik modda tomonidan yutiladi va sochiladi. Muhitning optik xususiyatlari sinish ko‘rsatkichi bilan tavsiflanadi; uning haqiqiy qismi vakuumdagi yorug‘likning fazaviy tezligi bilan shu muhitdagi fazaviy tezligi nisbatiga teng, mavhum qismi esa yorug‘likning yutilishini ifodalaydi. Yorug‘lik tarqalishi yo‘nalishga bog‘liq bo‘lmagan izotrop muhitlarda sinish ko‘rsatkichi skalyar funksiya (umumiy holda vaqt va koordinatalarga bog‘liq) hisoblanadi. Anizotrop muhitlarda esa u tenzor ko‘rinishida ifodalanadi. Sinish ko‘rsatkichining yorug‘lik to‘lqin uzunligiga bog‘liqligi — optik dispersiya — turli to‘lqin uzunlikdagi yorug‘likning muhitda har xil tezlikda tarqalishiga sabab bo‘ladi. Shu tufayli monoxromatik bo‘lmagan yorug‘likni (masalan, oq yorug‘likni) spektrga ajratish mumkin.

Har qanday elektromagnit to‘lqin singari, yorug‘lik ham qutblangan bo‘lishi mumkin. Chiziqli qutblangan yorug‘likda elektromagnit to‘lqinning elektr tashkil etuvchisi tebranadigan muayyan tekislik (qutblanish tekisligi deb ataladi) mavjud. Elliptik, jumladan, doiraviy qutblangan yorug‘likda elektr vektori qutblanish yo‘nalishiga qarab soat mili yo‘nalishida yoki unga teskari yo‘nalishda «aylanadi».

Qutblanmagan yorug‘lik tasodifiy yo‘nalishlarda qutblangan yorug‘lik to‘lqinlari aralashmasidan iborat. Uni qutblagichdan o‘tkazish yoki ikki muhit chegarasiga muhitlarning sinish ko‘rsatkichlariga bog‘liq muayyan burchak ostida tushirib, qaytarish yoki o‘tkazish orqali qutblangan yorug‘likni ajratib olish mumkin (qarang: Bryuster burchagi). Ba’zi muhitlar ulardan o‘tuvchi yorug‘likning qutblanish tekisligini aylantira oladi. Bunda burilish burchagi optik faol moddaning konsentratsiyasiga bog‘liq bo‘ladi. Bu hodisa, xususan, moddalarni polyarimetrik tahlil qilishda (masalan, eritmadagi shakar konsentratsiyasini o‘lchashda) qo‘llanadi.

Yorug‘lik intensivligini miqdoriy jihatdan fotometrik kattaliklarning bir necha turi orqali ifodalaydilar. Ularning asosiylari energetik va yorug‘likka oid kattaliklardir. Birinchi turdagi kattaliklar yorug‘likni inson ko‘rish qobiliyatiga bog‘lamasdan tavsiflaydi. Ular energiya yoki quvvat birliklarida, shuningdek, ulardan hosil qilingan birliklarda ifodalanadi. Energetik kattaliklarga, jumladan, nurlanish energiyasi, nurlanish oqimi, nurlanish kuchi, energetik ravshanlik, energetik nurlanishchanlik va nurlanish bilan yoritilganlik.

Har bir energetik kattalikka yorug‘likka oid fotometrik kattalik mos keladi. Yorug‘likka oid kattaliklar energetik kattaliklardan shunisi bilan farqlanadiki, ular yorug‘likni insonda ko‘rish sezgisini yuzaga keltirish qobiliyatiga qarab baholaydi. Yuqorida sanab o‘tilgan energetik kattaliklarning yorug‘likka oid muqobillari quyidagilardir: yorug‘lik energiyasi, yorug‘lik oqimi, yorug‘lik kuchi, ravshanlik, yorug‘lik chiqarish qobiliyati va yoritilganlik.

Yorug‘likka oid kattaliklar ko‘rish sezgisining to‘lqin uzunligiga bog‘liqligini hisobga olgani sababli, masalan, yashil va binafsha yorug‘lik olib o‘tgan energiya miqdori bir xil bo‘lsa ham, yorug‘likka oid energiya birinchi holatda ikkinchisiga nisbatan ancha yuqori bo‘ladi. Bu inson ko‘zi yashil yorug‘likka binafsha yorug‘likdan ko‘ra sezgirroq ekanini ko‘rsatadi.

Ko‘rinadigan yorug‘lik — elektromagnit nurlanish bo‘lib, to‘lqin uzunliklari ≈ 380—760 nm (binafsha rangdan qizil ranggacha) diapazonni o‘z ichiga oladi.

Vakuumdagi yorug‘lik tezligi aniq 299 792 458 m/s (sekundiga taxminan 300 000 km) deb belgilangan. SI tizimida yorug‘lik tezligining qat’iy qiymatga ega bo‘lishi shunga bog‘liqki, metr SI dagi uzunlik birligi sifatida 1983 yildan buyon yorug‘lik sekundning 1/299 792 458 qismida bosib o‘tadigan masofa orqali ta’riflanadi. Barcha turdagi elektromagnit nurlanish vakuumda aynan shu tezlikda tarqaladi, deb hisoblanadi.

Tarix davomida ko‘plab fiziklar yorug‘lik tezligini o‘lchashga uringan. Galiley 1607 yilda yorug‘lik tezligini o‘lchashga muvaffaqiyatsiz urinib ko‘rgan. Boshqa bir tajribani 1676 yilda daniyalik fizik Ole Ryomer o‘tkazgan. Ryomer teleskop yordamida Yupiter va uning yo‘ldoshlaridan biri — Io harakatini kuzatib, Ioning tutilish vaqtlarini qayd etgan. U bu vaqtlar Yerning o‘z orbitasidagi holatiga bog‘liqligini aniqlagan. Bu bog‘liqlik yorug‘lik tezligi chekli ekanidan kelib chiqadi deb taxmin qilib, Ryomer yorug‘lik Yer orbitasi diametriga teng masofani taxminan 22 daqiqada bosib o‘tishini hisoblagan. Biroq o‘sha paytda Yer orbitasining diametri ma’lum emas edi. Agar Ryomer bu diametrni bilganida, yorug‘lik tezligi uchun 227 000 000 m/s qiymatini olgan bo‘lardi.

Yorug‘lik tezligini o‘lchashning yana bir, aniqroq usulidan fransuz olimi Ippolit Fizo 1849 yilda foydalangan. Fizo yorug‘lik nurini bir necha kilometr uzoqlikdagi ko‘zguga yo‘naltirgan. Nur manbadan ko‘zgugacha borib, so‘ng manbaga qaytadigan yo‘lga aylanuvchi tishli g‘ildirak o‘rnatilgan. Fizo ma’lum aylanish tezligida nur borishda g‘ildirak tishlari orasidagi bir tirqishdan, qaytishda esa keyingi tirqishdan o‘tishini aniqlagan. Ko‘zgugacha bo‘lgan masofa, g‘ildirak tishlari soni va aylanish tezligini bilgan holda, u yorug‘lik tezligini hisoblab, 313 000 000 m/s qiymatini olgan.

Yorug‘lik tezligini o‘lchashda katta yutuqqa boshqa bir fransuz olimi — aylanuvchi ko‘zgu usulini taklif etgan Fransua Arago (1838 y.) g‘oyasini qo‘llash va takomillashtirish orqali erishildi. Arago g‘oyasini rivojlantirib, amalda qo‘llagan Leon Fuko 1862 yilda yorug‘lik tezligi uchun 298 000 000±500 000) m/s qiymatini oldi. 1891 yilda Saymon Nyukom o‘lchov aniqligini o‘n baravar oshirib, 299 810 000±50 000 m/s qiymatini aniqladi. Ko‘p yillik izlanishlar natijasida Albert A. Maykelson yanada yuqori aniqlikka erishdi: uning 1926 yilda olgan natijasi 299 796 000±4 000 m/s bo‘ldi. Bu o‘lchovlarda A. Maykelson yorug‘likning ikki tog‘ cho‘qqisi orasidagi 35,4 km (aniqrog‘i, 35 373,21 m) masofani bosib o‘tish vaqtini aniqlagan.

Eng yuqori o‘lchash aniqligiga 1970-yillarning boshlarida erishildi. 1975 yilda XV O‘lchovlar va tarozilar bo‘yicha bosh konferensiya bu holatni qayd etib, yorug‘lik tezligini 299 792 458 m/s deb hisoblashni tavsiya qildi; uning nisbiy xatoligi 4•10⁻⁹, bu 1,1 m/s mutlaq xatolikka mos keladi. Keyinchalik shu qiymat Xalqaro birliklar tizimida (SI) metrni ta’riflash uchun asos qilib olindi, yorug‘lik tezligining o‘zi esa qiymati ta’rif bo‘yicha fundamental fizik konstanta sifatida aynan ko‘rsatilgan qiymatga teng.

Oddiy moddadan iborat turli shaffof muhitlarda yorug‘likning samarali tezligi vakuumdagidan kichik bo‘ladi. Masalan, suvda yorug‘lik tezligi vakuumdagi tezlikning taxminan 3/4 qismini tashkil etadi. Yorug‘lik modda ichidan o‘tayotganda tezligining pasayishi fotonlarning haqiqatan sekinlashuvi bilan emas, balki modda zarrachalari tomonidan yutilishi va qayta chiqarilishi bilan bog‘liq, deb hisoblanadi.

Yorug‘lik sekinlashuvining eng chekka misoli sifatida ikki mustaqil fiziklar guruhi yorug‘likni Boze — Eynshteyn kondensati asosidagi rubidiy muhitidan o‘tkazib, uni butunlay «to‘xtatish»ga muvaffaq bo‘lganini aytish mumkin. Biroq bu tajribalardagi «to‘xtatish» so‘zi yorug‘lik atomlarning qo‘zg‘algan holatlarida saqlanib, keyinchalik istalgan vaqtda ikkinchi lazer impulsi ta’sirida majburiy nurlanish sifatida qayta chiqarilganini anglatadi. Yorug‘lik «to‘xtagan» paytda aslida yorug‘lik bo‘lishdan to‘xtagan.

Yorug‘likni hamda uning modda bilan o‘zaro ta’sirini o‘rganadigan fan optika deyiladi. Kamalak va qutb yog‘dusi kabi optik hodisalarni kuzatish va o‘rganish yorug‘likning tabiatini yaxshiroq tushunishga yordam beradi.

Sinish

Asosiy maqola: Sinish

Yorug‘likning sinishi deb nur ikki xil shaffof muhit chegarasidan o‘tganida uning tarqalish yo‘nalishi o‘zgarishiga aytiladi. Bu hodisa Snellius qonuni bilan ifodalanadi:

bu yerda — birinchi muhitda nur bilan sirtga o‘tkazilgan normal orasidagi burchak, — ikkinchi muhitda nur bilan sirtga o‘tkazilgan normal orasidagi burchak, va — mos ravishda birinchi va ikkinchi muhitning sinish ko‘rsatkichlaridir. Bunda vakuum va shaffof muhitlar uchun.

Yorug‘lik nuri vakuum bilan boshqa muhit yoki ikki xil muhit chegarasidan o‘tganda uning to‘lqin uzunligi o‘zgaradi, chastotasi esa o‘zgarmaydi. Agar nur chegaraga tik tushmasa, to‘lqin uzunligining o‘zgarishi uning tarqalish yo‘nalishini ham o‘zgartiradi. Yo‘nalishning ana shunday o‘zgarishi yorug‘likning sinishi deb ataladi.

Linzalarda yorug‘likning sinishi ko‘pincha tasvirning ko‘rinadigan o‘lchamini o‘zgartirish uchun qo‘llanadi. Masalan, kattalashtiruvchi oynalar, ko‘zoynaklar, kontakt linzalar, mikroskoplar va teleskoplarda.

Yorug‘lik zaryadlangan zarrachalar ishtirok etadigan ko‘plab fizik jarayonlarda hosil bo‘ladi. Ularning eng muhimi — issiqlik nurlanishi. Bu nurlanish uzluksiz spektrga ega bo‘lib, uning maksimumi manba haroratiga bog‘liq. Xususan, Quyosh nurlanishi taxminan mutlaq qora jismning 6000 K haroratdagi issiqlik nurlanishiga yaqin. Quyosh nurlanishining qariyb 40 % qismi ko‘rinadigan diapazonga to‘g‘ri keladi, spektr bo‘yicha quvvat taqsimotining maksimumi esa 550 nm (yashil rang) yaqinida joylashgan. Yorug‘lik manbai bo‘ladigan boshqa jarayonlar:

• atom va molekulalarning elektron qobiqlarida bir energetik sathdan boshqasiga o‘tishlar (bu jarayonlar chiziqli spektr hosil qiladi va gaz razryadli lampalar, yorug‘lik diodlari va shu kabilarda yuz beradigan spontan nurlanishni ham, majburiy nurlanishning lazerlarda);
• zaryadlangan zarrachalarning tezlanishi va tormozlanishi bilan bog‘liq jarayonlar (sinxrotron nurlanishi, siklotron nurlanishi, tormozlanish nurlanishi);
• Cherenkov nurlanishi — zaryadlangan zarracha muayyan muhitdagi yorug‘likning fazaviy tezligidan tezroq harakatlanganda yuzaga keladi;
• turli xil lyuminessensiya:
  • sonolyuminessensiya
  • tribolyuminessensiya
  • xemilyuminessensiya (tirik organizmlarda u biolyuminessensiya)
  • elektrolyuminessensiya
  • katodolyuminessensiya
  • fluorestsensiya va fosforessensiya
  • ssintillyatsiya

Amaliy fanlarda yorug‘lik manbasining spektrini aniq tavsiflash muhim. Quyidagi manba turlari alohida ahamiyatga ega:

• Mutlaq qora jism
• A manba
• B manba
• C manba
• Manba D₆₅

Ko‘rsatilgan manbalar bir-biridan rang harorati bilan farq qiladi.

Kunduzgi yorug‘lik lampalari, sanoatda ishlab chiqariladigan bunday lampalar spektral tarkibi turlicha bo‘lgan nurlanish chiqaradi, jumladan:

• Oq yorug‘lik lampalari (rang harorati 3500 K),
• Sovuq oq yorug‘lik lampalari (rang harorati 4300 K)

Yorug‘likning, boshqa har qanday fizik obyekt singari, fan va amaliyot uchun eng muhim xususiyatlari qatoriga uning energetik tavsiflari kiradi. Energetik fotometrik kattaliklar orqali ifodalanadigan bunday tavsiflarni o‘lchash va o‘rganish bilan fotometriyaning «optik nurlanish radiometriyasi» deb ataladigan bo‘limi shug‘ullanadi. Demak, radiometriya yorug‘likni inson ko‘rish qobiliyatiga bog‘lamasdan o‘rganadi.

Boshqa tomondan, yorug‘lik inson hayotida alohida ahamiyatga ega, chunki u atrof-muhit haqidagi hayot uchun zarur ma’lumotlarning katta qismini yetkazadi. Bunga insonda ko‘rish a’zolari — ko‘zlar mavjudligi imkon beradi. Shu bois yorug‘likning ko‘rish sezgisini uyg‘otish qobiliyatini baholash imkonini beradigan xususiyatlarini o‘lchash zarurati tug‘iladi. Bu xususiyatlar yorug‘likka oid fotometrik kattaliklarda ifodalanadi, ularni o‘lchash va o‘rganish esa fotometriyaning boshqa bir bo‘limi — «yorug‘lik o‘lchovlari»ning vazifasidir.

Yorug‘lik kattaliklarini o‘lchash birliklari sifatida maxsus yorug‘lik birliklari ishlatiladi. Ular yorug‘lik kuchi «kandela»ga asoslanadi. Kandela — Xalqaro birliklar tizimi (SI)ning yettita asosiy birligidan biri.

Yorug‘lik va energetik kattaliklar o‘zaro kunduzgi ko‘rish uchun monoxromatik nurlanishning nisbiy spektral yorug‘lik samaradorligi , ya’ni o‘rtacha inson ko‘zi kunduzgi ko‘rishga moslashgandagi nisbiy spektral sezgirligi orqali bog‘langan. To‘lqin uzunligi bo‘lgan monoxromatik nurlanishda istalgan yorug‘lik kattaligi bilan unga mos energetik kattalik o‘rtasidagi SI dagi bog‘lanish quyidagicha ifodalanadi:

Umumiy holda, nurlanish energiyasining spektr bo‘yicha taqsimlanishiga cheklov qo‘yilmaganda, bu bog‘lanish quyidagi ko‘rinishni oladi:

bu yerda — energetik kattalikning spektral zichligi bo‘lib, u ning va oralig‘idagi kichik spektral interval kengligiga nisbati sifatida aniqlanadi. Nurlanishni tavsiflovchi yorug‘lik kattaligining unga mos energetik kattalik bilan bog‘liqligi nurlanishning yorug‘lik samaradorligi.

tushunchasi yordamida ham ifodalanadi. Yorug‘lik kattaliklari keltirilgan fotometrik kattaliklar sinfiga kiradi; bu sinfga fotometrik kattaliklarning boshqa tizimlari ham mansub. Biroq SI doirasida faqat yorug‘lik kattaliklari rasman qabul qilingan va faqat ular uchun maxsus o‘lchov birliklari belgilangan.

Yorug‘lik o‘z yo‘lidagi jismlarga fizik bosim ko‘rsatadi. Bu hodisani Maksvell tenglamalaridan keltirib chiqarib bo‘lmaydi, biroq korpuskulyar nazariya doirasida fotonlar to‘siqqa urilib, unga o‘z impulsini uzatishi orqali osongina tushuntirish mumkin. Yorug‘lik bosimi yorug‘lik dastasi quvvatining yorug‘lik tezligiga bo‘linganiga teng. Yorug‘lik tezligi juda katta bo‘lgani sababli, odatiy jismlarda yorug‘lik bosimining ta’siri nihoyatda kichik. Masalan, quvvati bir millivatt bo‘lgan lazer ko‘rsatkich taxminan 3,3 pN bosim kuchini hosil qiladi. Shu tarzda yoritilgan buyumni nazariy jihatdan ko‘tarish mumkin, ammo 1 penni tangani ko‘tarish uchun taxminan 30 mlrd dona 1-mVt quvvatli lazer ko‘rsatkich kerak bo‘ladi. Shunga qaramay, nanometr o‘lchamlarida yorug‘lik bosimining ta’siri ancha sezilarli. Undan mexanizmlarni boshqarish hamda integral sxemalardagi nanometrli kommutatorlarni ulash va uzish uchun foydalanish faol tadqiq etilmoqda.

Katta o‘lchamlarda esa yorug‘lik bosimi asteroidlarning aylanishini tezlashtirishi mumkin. Bunda yorug‘lik asteroidlarning notekis shakliga shamol tegirmoni parraklariga ta’sir qilgandek ta’sir ko‘rsatadi. Kosmik kemalarning fazoda harakatini tezlashtiradigan quyosh yelkanlarini yaratish imkoniyati ham o‘rganilmoqda.

Biz atrofimizdagi olamni yorug‘lik mavjudligi va inson uni qabul qila olishi tufayli ko‘ramiz. Inson ko‘zining to‘r pardasida elektromagnit spektrning ko‘rinadigan diapazonidagi nurlanishga javob qaytaradigan retseptorlar borligi ko‘rish imkonini beradi.

Inson ko‘zining to‘r pardasida yorug‘likka sezgir hujayralarning ikki turi mavjud: tayoqchalar va kolbachalar. Tayoqchalar yorug‘likka juda sezgir bo‘lib, kam yoritilgan sharoitda ishlaydi va tungi ko‘rishni ta’minlaydi. Biroq barcha tayoqchalarning spektral sezgirligi bir xil bo‘lgani uchun ular ranglarni farqlash imkonini bermaydi. Shuning uchun tayoqchalar yordamida hosil bo‘ladigan tasvir faqat oq-qora bo‘ladi.

Kolbachalarning yorug‘likka sezgirligi nisbatan past bo‘lib, ular kunduzgi ko‘rish mexanizmini ta’minlaydi; bu mexanizm faqat yuqori yoritilganlikda ishlaydi. Shu bilan birga, tayoqchalardan farqli ravishda, inson ko‘zining to‘r pardasida kolbachalarning bitta emas, balki uch turi mavjud. Ular spektral sezgirlik taqsimoti maksimumlarining joylashuvi bilan bir-biridan farq qiladi. Shu sababli kolbachalar yorug‘lik intensivligi bilan birga uning spektral tarkibi haqida ham axborot beradi. Ana shu axborot tufayli inson ranglarni sezadi.

Yorug‘likning spektral tarkibi inson uni qanday rangda ko‘rishini bir qiymatli belgilaydi. Biroq buning teskarisi to‘g‘ri emas: bir xil rangni turli usullar bilan hosil qilish mumkin. Monoxromatik yorug‘likda vaziyat soddaroq: to‘lqin uzunligi va rang o‘rtasida o‘zaro bir qiymatli moslik mavjud bo‘ladi. Bu moslik haqidagi ma’lumotlar jadvalda keltirilgan.

Ko‘rinadigan yorug‘lik ranglari, vakuumdagi to‘lqin uzunligi va chastotasi hamda foton energiyasining o‘zaro moslik jadvali

• Yorug‘likning korpuskulyar-to‘lqin dualizmi
• Shinkarenko V. G. Optik nurlanishni qabul qilish : oliy ta’lim muassasalari uchun o‘quv qo‘llanma. — M. : MFTI, 1981 .— 92 bet. — Bibliogr.: 90-91-betlar. — 200 nusxa.